INFLUENCE OF GROWTH CONDITIONS AND OF ALLOY COMPOSITION ON ELECTRICAL AND OPTICAL PROPERTIES OF MBE Al_xGa_1-xAs (0.2 = x = 0.4)

Résumé
Des mesures à 2K de photoluminescence (PL), effet Hall, admittance et DLTS ont été utilisées pour étudier en détail l'influence des conditions de croissance et de la composition de l'alliage sur les propriétés électriques et optiques de couches, nominalement non dopées et dopées n au silicium, Al_xGa_1-xAs (0,15 < x < 0,45), dont la croissance a été réalisée par épitaxie par jets moléculaires (MBE). Sur tout le domaine de composition étudié de l'alliage, l'intensité PL observée dépend de façon critique de la température de croissance. Les principales propriétés des porteurs minoritaires ne peuvent être obtenues que pour des températures du substrat au-delà de 640°C et une reconstruction de surface légèrement stabilisée arsenic (2x4). Des compositions de l'alliage proches de la transition direct-indirect conduisent à un élargissement considérable des transitions PL. Simultanément, la séparation d'énergie des transitions entre accepteur associé et exciton augmente à cause d'un niveau donneur devenu plus profond. Les mesures d'admittance conduisent directement à l'énergie d'ionisation du niveau donneur superficiel et montrent 1'existence dominante d'un piège à électrons dans n-Al_xGa_1-xAs : Si, élaboré par MBE. Il a été trouvé que la concentration de ce piège croît de façon considérable avec la proportion d'Al. Dans n-Al_xGa_1-xAs : Si obtenu par MBE avec x < 0,25, la concentration du piège à électrons est inférieure au seuil de détection des mesures d'admittance. Des mesures DLTS complémentaires montrent que la concentration du piège à électrons pour des alliages obtenus par MBE peut maintenant régulièrement être ajustée au pour cent de la concentration de dopage désirée.

Abstract
2K photoluminescence (PL), Hall effect, admittance and DLTS measurements were used to study in detail the influence of growth conditions and of alloy composition on the electrical and optical properties of nominally undoped and of Si-doped n-Al_xGa_1-xAs (0.15 < x < 0.45) layers grown by molecular beam epitaxy (MBE). Over the entire range of alloy composition investigated, the observed PL intensity depends critically on the growth temperature. Superior minority carrier properties can be achieved only at substrate temperatures above 640°C and slightly As-stabilized (2x4) surface reconstruction. Alloy compositions close to the direct-indirect cross-over lead to a considerable broadening of the PL transitions. Simultaneously the energy separation between the acceptor associated and bound exciton transitions increases due to the deepening of the donor level. The admittance measurements directly yielded the binding energy of the shallow donor level and showed the existence of one dominant electron trap in MBE n-Al_xGa_1-xAs : Si. The trap concentration was found to increase considerably with enhanced Al content. In MBE n-Al_xGa_1-xAs : Si with x < 0.25, the trap concentration is below the detection limit of the admittance technique. Additional DLTS measurements demonstrate that the trap concentration in MBE grown alloy material is routinely on the order of 10^-2 of the intentional doping concentration.